Yukiteru Amano (天野雪輝) ist ein 14-jähriger, schüchterner und tagträumender Einzelgänger, der das Leben beobachtet und die Ereignisse auf seinem Handy notiert. Seine einzigen Freunde sind Deus Ex Machina (デウス・エクス・マキナ), der Gott von Raum und Zeit, und sein Assistent Muru Muru (ムルムル). Deus verwandelt Yukiterus Telefon in ein Zukunftstagebuch, das die Zukunft bis zu neunzig Tage voraussagen kann. Yukiteru findet heraus, dass er und elf weitere Personen Teil eines von Deus inszenierten Überlebensspiels sind. Ziel dieses Spiels ist es, die anderen Tagebuchbesitzer zu eliminieren, wobei der Gewinner die Nachfolge von Deus als Gott antreten und die Apokalypse verhindern soll. Yukiteru wird von Yuno Gasai (我妻由乃) beschützt, einer charmanten, aber psychopathischen Klassenkameradin, die ihn obsessiv verfolgt, nachdem sie sich ein Jahr zuvor versprochen hatten, gemeinsam in die Sterne zu gehen.
Zwei wichtige Spieler, auf die sie treffen, sind die Terroristin Minene Uryu, die alle Religionen zerstören will, nachdem ihre Eltern in einem durch den Glauben ausgelösten Krieg gestorben sind, und Keigo Kurusu, ein Polizist, der das Spiel beenden will. Später verrät Kurusu Yukiteru und Yuno, als er erfährt, dass sein bettlägeriger Sohn an einer unheilbaren Krankheit leidet. Er ermordet den Tagebuchhalter Karyuudo Tsukishima und legt Yukiteru und Yuno rein. Minene wendet sich an den Detektiv Masumi Nishijima und deckt Kurusus Verbrechen auf. In seiner Scham eliminiert Kurusu sich selbst aus dem Spiel.
John Bacchus, der Bürgermeister der Stadt und Designer der Future Diaries, versucht, Yukiterus verschuldeten Vater Kurou zu manipulieren, damit er das Tagebuch seines Sohnes stiehlt. Kurou scheitert, indem er unabsichtlich seine Ex-Frau Rea ermordet, und wird dann von Bacchus‘ Männern ermordet. Yukiteru schwört, das Spiel zu gewinnen und seine Eltern wieder zum Leben zu erwecken. Er und Yuno nehmen die verbleibenden Tagebuchbesitzer ins Visier: Minene, Bacchus und Kamado Ueshita, der ein Waisenhaus leitet. In der Zwischenzeit untersuchen Yukiterus scharfsinnige Freundin Aru Akise und Nishijima die Entdeckung von drei Leichen in Yunos Haus, von denen zwei ihre Eltern sind und die dritte als Yuno Gasai identifiziert wird, was ihre Identität in Frage stellt.
Kamados Tagebuch, das anderen Ersatztagebücher geben kann, ist mit einem Supercomputer verbunden, der jedem in der Stadt Zukunfts-Tagebücher gibt, als Teil von Bacchus‘ Plan, der Menschheit zu helfen, sich weiterzuentwickeln. Yukiteru und Yuno, Minene, Nishijima und Yukiterus Freunde stürmen Bacchus‘ Hauptquartier. Er schließt sich in einem Banktresor ein, der Yunos Eltern gehört, und nur ihre Fingerabdrücke ermöglichen den Zugang. Minene opfert sich, um den Tresor zu zerstören, scheitert aber, und Aru wird Zeuge, wie Yuno den Tresor öffnet und Bacchus tötet. Auf der Suche nach Antworten konfrontiert Aru Deus, der offenbart, dass der Junge ein künstlicher Mensch ist, der das Spiel beobachten und im Gleichgewicht halten soll, aber bestätigt, dass es eine Verschwörung um Yuno gibt.
Yukiteru ermordet seine Freunde und dann Kamado. Aru kämpft gegen Yuno und zerstört ihr Tagebuch, entdeckt aber, dass sie einen Ersatz hat. Aru erkennt die Wahrheit und zeigt Yukiteru einen Text, bevor Yuno ihn enthauptet. Während die Tage bis zur Apokalypse näher rücken, vollziehen Yukiteru und Yuno ihre Beziehung. Yukiteru enthüllt jedoch Aru’s Andeutung, dass Yuno aus einer anderen Zeitlinie stammt, und sie wendet sich sofort gegen ihn. Muru Muru, der wahre Drahtzieher hinter dem Spielverlauf, bestätigt Aru’s Theorie. Yukiteru starb und Yuno gewann das Spiel in einer anderen Zeitlinie, musste aber feststellen, dass nicht einmal die Macht eines Gottes die Toten zurückbringen kann. In ihrer Trauer ging Yuno in der Zeit zurück und schuf eine alternative Zeitlinie, in der sie ihr anderes Ich ermordete und ersetzte.
Yuno und Muru Muru gehen erneut in der Zeit zurück und erschaffen eine dritte Welt, verfolgt von Yukiteru und Minene, die von Deus als Joker am Leben gehalten wird und mit einem Teil seiner Macht ausgestattet ist. Beide Parteien kämpfen darum, Yuno und ihre Eltern in der dritten Welt zu schützen oder zu töten. Yuno, die nicht in der Lage ist, Yukiteru zu töten, hält ihn in einer Traumwelt gefangen, in der sie nicht existiert, und greift dann ihr alternatives Ich an. Yukiteru erinnert sich an Yuno und entkommt mit Hilfe von Muru Muru aus der zweiten Welt aus seinem Gefängnis, um Yuno aufzuhalten. Obwohl Yukiteru Yuno bittet, ihn zu töten, damit sie leben kann, eliminiert sie sich stattdessen selbst und stirbt in seinen Armen. Yukiteru wird zum Gott und wird von Muru Muru in die zweite Welt geschleppt.
Zehntausend Jahre später hat ein trauernder Yukiteru nichts mit seinen göttlichen Kräften gemacht. Er hat es geschafft, alle Einflüsse der ersten und zweiten Welt auf die dritte abzuschneiden und den Deus der dritten Welt am Sterben zu hindern. Yukiteru starrt auf sein Tagebuch und trauert, dass er die Yuno aus der ersten Welt, die einzige, die er je lieben wird, nie wieder sehen wird. Die interdimensionalen Mauern werden jedoch von der Yuno der dritten Welt durchbrochen, die dank eines büßenden Muru Muru die Erinnerungen der ersten Welt besitzt. Yukiteru und Yuno vereinen sich wieder als Götter der zweiten Welt und ewige Liebende.